西瓜啤酒制作工藝的研究

王松廷，張彭湃，楊生玉*

（河南大學 生命科學學院，河南 開封 475004）

西瓜（Citrullus lanatus）屬于葫蘆科植物，又叫寒瓜，由于西瓜美味營養有益人體健康，所以被稱為“瓜果之王”。西瓜自古以來就是深受人們喜愛的消夏解暑水果，西瓜主要成分是水，含量超過90%，同時還含有許多西瓜膳食纖維、維生素、番茄紅素、蛋白質等對人體有益的營養成分。西瓜有消煩止渴，解暑熱，療咽喉腫痛，寬中下氣，利尿，止血痢銀酒毒等多種功效[1]。

近年來，果類啤酒的研制成為新型啤酒開發的熱點，也帶動了相應水果的銷售[2]。因此，若能開發出一種西瓜啤酒，勢必有利于拓寬西瓜的銷售渠道，提高其產品附加值。西瓜啤酒開發的主要意義在于充分利用西瓜富含糖分及水分的特點，將西瓜開發成一種啤酒原料，取代或部分取代大麥麥芽，降低啤酒發酵成本，解決西瓜滯銷難題，而通過對西瓜汁處理方式及發酵工藝的研究[3]，可以盡可能減少西瓜中風味物質的損失，將西瓜所具有的獨特清新味道盡可能多的保留，使得最終的西瓜啤酒具有較明顯的西瓜的清新、爽口的感覺。基于以上考慮，本研究對西瓜啤酒的釀造工藝進行了深入研究，最終得到了一種具有西瓜典型風味的淡爽型啤酒，區別于以往的果啤，不添加香精類物質，純果汁發酵，西瓜的有益成分及藥用價值最大程度的得以保留，部分營養成分還通過發酵作用得以強化，是一種真正意義上的西瓜啤酒[4]。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

啤酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）：河南大學生物工程實驗室保藏；精選澳洲大麥芽、優質啤酒花：鄭州龍海啤酒物資有限公司；新鮮西瓜：市售。

1.2 儀器與設備

HH-6恒溫水浴鍋：常州國華電器有限公司；ATAGO手持糖度計：日本愛拓公司；ZWY-2102恒溫振蕩培養箱：上海智誠分析儀器制造有限公司；400 L啤酒試驗生產線：濟南尊皇啤酒設備有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 西瓜啤酒的生產工藝流程及操作要點

麥汁的制備：采用兩段浸出糖化法，熱麥汁經薄板冷卻器冷卻至10～15℃，泵入無菌發酵罐中[5]。

接種及發酵：接種對數期下面發酵啤酒酵母，接種量5%，使菌體濃度達到（20～30）×106CFU/mL，接種溫度10℃，主酵溫度12℃，發酵第5天糖度降至5～6°Bx，此時升溫至13.5℃，同時升壓至0.05～0.07 MPa以還原雙乙酰；發酵第6天時糖度降至3.5°Bx左右，此時將罐壓提高至0.08～0.1MPa；發酵第7天當雙乙酰含量降至0.08 mg/L時開始后酵，后酵初期溫貯階段緩慢降溫至5～6℃，1～2 d后緩慢降溫至0～1℃進入冷貯階段，每24 h排放一次酵母及沉淀，冷貯7 d以上[6]。

1.3.2 西瓜啤酒的感官評定

由專業人士對西瓜啤酒進行感官評分（滿分100分）[7]，感官評分標準見表1。

表1 西瓜啤酒感官評分標準Table 1 Sensory scoring criteria of watermelon beer

1.3.3 西瓜汁處理方式的選擇

選擇成熟的新鮮西瓜，去青皮后榨汁。分別采取巴氏消毒（65℃，20 min）、高溫瞬時滅菌（130℃，15 s）、過濾除菌（0.45 μm濾頭）和偏重亞硫酸鈉處理（200 mg/L）等方式對西瓜汁進行處理。在發酵第3天加入西瓜汁、原麥汁濃度12°P、添加量為20%的條件下，探討西瓜汁處理方式對西瓜啤酒品質的影響。

1.3.4 西瓜啤酒工藝優化單因素試驗

（1）西瓜汁添加量對西瓜啤酒的影響：西瓜汁添加量梯度選擇體積分數5%、10%、15%、20%、25%、30%，發酵第3天加入西瓜汁、原麥汁濃度12°P，考察西瓜汁添加量對西瓜啤酒品質的影響。

（2）西瓜汁添加時間對西瓜啤酒的影響：在原麥汁濃度為12°P的條件下，采用最佳的西瓜汁處理方式，分別在發酵第1天、第3天、第5天、第7天、第9天加入占發酵液體積15%的西瓜汁，考察西瓜汁添加時間對西瓜啤酒的影響。

（3）原麥汁濃度對西瓜啤酒的影響：原麥汁濃度梯度選擇為8 °P、12 °P、15 °P、20 °P，采用最佳處理方式，在發酵第3天加入占發酵液體積15%的西瓜汁，考察原麥汁濃度對西瓜啤酒的影響。

1.3.5 響應面分析試驗設計

根據Box-Behnken中心組合設計原理，以感官評分為評價指標，選取西瓜汁添加量、西瓜汁添加時間和原麥汁濃度3個因素進行響應面分析試驗，并運用SAS軟件對試驗數據進行處理以確定西瓜啤酒的最佳發酵工藝參數。中心組合試驗自變量因素及水平編碼見表2，在試驗設計中，每個試驗點重復3次，結果取平均值。

表2 中心組合試驗因素與水平編碼Table 2 Factors and levels of central composite design

1.3.6 測定方法

pH的測定：pH計；可溶性固形物含量（totalsolublesolid，TSS）的測定：手持糖度計；酒精度的測定：蒸餾法[8]；發酵度的測定：密度瓶法；總酸含量的測定：酸堿滴定法；總糖含量的測定：斐林試劑法[9]；雙乙酰含量的測定：紫外分光光度法[10]；大腸菌群的測定：參照GB 4789.3—2010《食品微生物檢驗大腸菌群計數》[11]。

2 結果與分析

2.1 西瓜汁處理方式的選擇

西瓜中的風味物質多具有易揮發、易氧化的特點，減少處理過程中西瓜風味物質的氧化作用，對于西瓜啤酒釀造中西瓜風味的保留意義重大。合適的西瓜汁處理方式應既能夠最大程度的保留西瓜中的風味物質，又不會對產品的口感產生負面影響[12]。不同西瓜汁處理方式對感官評分的影響見表3。

表3 西瓜汁處理方式的選擇Table 3 Selection of watermelon juice treatment method

由表3可知，西瓜汁熱處理后對西瓜啤酒有不利影響，西瓜汁經巴氏消毒和高溫瞬時滅菌處理后所得到的西瓜啤酒中西瓜的清爽口感不突出，并且有嚴重的爛菜葉味，這可能是因為西瓜汁是熱敏性物質，加熱會嚴重破壞其風味物質，產生令人不愉快的口感，兩種處理方式最終得分相近，說明西瓜風味在60℃以上時短時間即可破壞殆盡，因此應該嚴格注意避免熱作用西瓜汁[13]。

偏重亞硫酸鈉可以抑制雜菌生長，同時也是一種還原劑，可以有效避免果汁被氧化，因此被廣泛應用于果汁的處理中。在合適的添加量范圍內，偏重亞硫酸鈉不會對人體健康和產品風味造成不利影響；過濾除菌可以得到無菌西瓜汁，最大程度上保留了西瓜的風味物質，所以得到的西瓜啤酒品質最好。這兩種處理方式所對應的啤酒最終得分相差不多，考慮成本問題，最終選擇采用200 mg/L的偏重亞硫酸鈉對鮮榨西瓜汁進行處理。

2.2 西瓜汁添加量對西瓜啤酒品質的影響

表4 不同西瓜汁添加量對西瓜啤酒品質的影響Table 4 Effects of watermelon juice addition on beer quality

由表4可知，可溶性固形物含量、酒精度、殘糖濃度等指標隨著西瓜汁添加量的增加而逐步降低，而實際發酵度卻不斷升高；這可能是由于西瓜汁的總糖低于麥汁，而其中的可發酵糖高于麥汁所致[14]；西瓜汁添加量較低時，感官得分較低，主要是由于西瓜汁比例少，造成西瓜口感不突出；而西瓜汁添加量過高，又會導致因西瓜汁中低聚物濃度偏低，使得產品口感單薄，缺乏厚重感。結果顯示，添加15%西瓜汁的西瓜啤酒既有較突出的西瓜風味，又不失啤酒醇厚的感覺。

2.3 西瓜汁添加時間對西瓜啤酒品質的影響

表5 不同西瓜汁添加時間對西瓜啤酒品質的影響Table 5 Effects of watermelon juice addition time on beer quality

由表5可知，在發酵第3天和第5天加入西瓜汁所得到的產品品質相對較好。由于所用西瓜汁并沒有經過高溫或膜過濾等無菌處理，剛接種時，啤酒酵母的菌種優勢還不是十分明顯，西瓜汁中的某些雜菌還會存在一段時間，得到的產品雜味較多，另外，過早加入西瓜汁會使西瓜的風味物質損失較多，所得產品西瓜口感不突出；發酵第7天和第9天加入西瓜汁，西瓜口感和啤酒的融合程度不好，并且生青味較重。

2.4 原麥汁濃度對西瓜啤酒品質的影響

表6 不同原麥汁濃度下所得西瓜啤酒的主要理化指標Table 6 Effects of wort concentration on beer quality

由表6可知，西瓜啤酒的主要理化指標TSS、酒精度、實際發酵度和殘糖質量濃度均隨著原麥汁濃度的升高而增加，但感官評分并不呈現這樣的規律，在原麥汁濃度為12°P時，所得產品的品質相對較好。這主要是由于當原麥汁濃度過低時，原料中內容物質缺乏導致啤酒不夠厚重，酒體淡薄，酒精度也不達標；而原麥汁濃度偏高時，酒精度較高，且啤酒傳統風味突出，這均會掩蓋西瓜的清爽口感。

2.5 西瓜啤酒發酵條件優化響應面試驗

2.5.1 中心組合試驗設計結果和回歸分析

以西瓜汁添加量（X1），西瓜汁添加時間（X2），原麥汁濃度（X3）作為響應因素，感官評分（Y）為響應值，采用響應面分析法對其進行優化，試驗結果如表7所示。

表7 中心組合試驗設計及結果Table 7 Design and results of central composite design

對試驗數據擬合得到二次回歸方程為：

Y=93+1.75X1-9X2-0.75X3-7.25X1X1+2X1X2-14.75X2X2-2.5X2X3-2.25X3X3

對所得模型進行回歸系數及其顯著性測驗，結果見表8。

由表8方差分析結果可知，三個因素對響應值的影響大小為X2＞X1＞X3，其中X2對響應值的影響達到了極顯著水平，另兩個因素則不顯著；總模型的概率P=0.001 2，P＜0.01，說明該模型極其顯著；模型的校正決定系數R2Adj為0.959 0，說明該模型能解釋約95.90%響應值的變化，僅有總變異的約4%不能用此模型來解釋；模型的決定系數R2=0.978 2，與R2Adj的值較接近。表明此模型的擬合程度較好[15]，可用此模型對西瓜啤酒的發酵工藝條件進行優化。

2.5.2 響應面優化結果分析

西瓜汁添加量、添加時間、原麥汁濃度對西瓜啤酒感官評分影響的響應面及等高線見圖1。

由圖1可知，在中心組合試驗結果的基礎上，采用SAS統計軟件編寫程序進行極值分析，分析結果表明：當西瓜汁添加量為14.0%、在發酵的第4.5天添加西瓜汁、原麥汁濃度為11.2°P時，回歸模型存在最大值，此時，西瓜啤酒的感官評分為94.42分。

表8 回歸系數及其顯著性測驗Table 8 Regression coefficient and significance test

圖1 各因素交互作用對西瓜啤酒感官評分影響的響應面和等高線Fig.1 Response surface plots and counter line of effect of interaction between each factors on sensory evaluation of watermelon beer

2.5.3 驗證試驗

為了驗證響應面優化條件，進行了400L啤酒發酵罐的放大試驗，最終獲得的西瓜啤酒顏色純正、清亮無渾濁、酒體豐滿、口味協調、爽口、具有西瓜的清爽口感和啤酒的典型口感，經過專家感官品評，最終感官評分為96分，與理論預測值接近。驗證試驗所得西瓜啤酒和國標規定的優級啤酒的理化指標對比結果及西瓜啤酒的衛生指標如表9、表10所示，可見西瓜啤酒的各項指標均達到了優級啤酒的標準，衛生指標符合國標GB 4927—2008《啤酒》的要求[16]。

表9 西瓜啤酒的理化指標Table 8 Physicochemical indicators of watermelon beer

表10 西瓜啤酒的衛生指標Table 10 The hygienic indicators of watermelon beer

3 結論

采用單因素試驗及響應面分析的方法，得出了西瓜啤酒的最佳發酵工藝條件：采用200 mg/L偏重亞硫酸鈉對鮮榨西瓜汁進行處理，在主發酵的第4.5天添加西瓜汁、西瓜汁添加量14.0%、原麥汁濃度11.2°P，主酵溫度為12℃時；所得西瓜啤酒顏色純正、清亮無渾濁、酒體豐滿、口味協調、爽口、具有西瓜的清爽口感和優質啤酒的典型特征。

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